方新公司RS485防雷方案介绍

RS485数据总线雷击过压防护
1． RS485总线的应用领域
工业控制，DCS，数据采集系统
高速公路收费系统
过程控制及制造
电力系统采集与控制系统
远程终端互连
2． 雷击过压防护的必要性
由于RS485总线实行长距离传输(1200米以上)，而且其传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。而RS485收发器工作电压较低（5V左右），其本身耐压也非常低（-7V~+12V），一旦过压引入，就会击穿损坏。在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂，线路板焦糊的现象。
3． 防护方法及原理

以上为RS485总线的两级防护电路图。当雷击发生时，感应过电压由T与R端引入，G1.G2进行共模防护，G3进行差模保护，此时过电压被大大削弱到约500V左右，在经过电阻R1R2限流，TVS1/2二次限压后，到收发器的电压被钳制在6.8V左右，从而实现对收发器的保护。
型 号（G1/G2/G3） 直流开启电压Vs(100V/S) 绝缘电阻Ir(DC100V) 静电电容（1KHZ） 通流能量（10/700us）
GS41-201M 160V~240V ≥100MΩ ≤2PF 4KV/500A
GSMD201M 160V~240V ≥100MΩ ≤2PF 4KV/500A

4． 方案选择与对比
G1/G2/G3 R1/R2 TVS1/2 比较
方案一 GS41-201M JK250-120U P6KE6.8CA 体积小/防护中/成本低
方案二 LC3R90W JK250-120U P6KE6.8CA 体积大/防护高/成本高
5． 知识问答
问：各种器件的选择依据是什么？
答：G1G2G3的选择首先考虑其耐压耐流能力。如玻璃放电管GS41-201M能承受10/700us，4KV雷击测试；LC3R90W气体陶瓷管可承受10/700us，8KV雷击测试。R1R2可选择限流效果最好的高成本PTC电阻，也可以选择低成本线绕电阻。经过实际测试，JK250-120U自恢复保险丝不但可满足高压测试要求，同时可有效进行过流防护；如要降低成本，该方案中的R1/R2可选择10Ω/1W线绕电阻，价格低廉，效果不错。 TVS1/2选择根据芯片的工作电压与耐压决定，一般略高于芯片最高工作电压。可在6~10V左右选择。
注：GS41-201M对应贴片型号为JSMD201M，P6KE6.8CA对应贴片型号为SMBJ6.0CA。
问：怎么防护交流线搭接情况？
答：交流线搭接与雷击是完全不同的概念。交流线搭接在信号线上，因其功率大，时间长，会立即烧毁信号收发器。因此，用交流电模拟雷击测试也是不可行的。其实，只要注意器件选择，也可同时防护雷击与交流线搭接。选择器件注意两点：一，交流搭接后会有持续大电流通过，必须采用过流保护器件；二，防雷管必须不被交流损坏。
问：过压防护标准的依据是什么？
答：IEC61000-4-5，ITU-T K20/K21及国标GB9043均有关于雷击浪涌抗扰度测试标准。其通信线路的最高测试标准为10/700us,4KV。10/700us为通信线路中感应出的雷电压波形，表示从零值上升至峰值为时间为10us，下降至峰值的一半为700us。
问：雷击过压防护的接地要求？
答：雷击浪涌防护除了需要选择优质的防护器件，进行良好的电路板设计，接地也是其最重要的要求。一般防雷地都必要可靠的连接至大地，且接地电阻不能超过10欧。可靠的接地可以大大提高防护效果，而不良的接地也会大大消弱防护效果。
问：为了降低成本及体积，可不可以只采用一级防护？
答：不好。能承受大能量雷击的器件（如GS41-201M）不可能一次将雷击电压钳制到芯片可以承受的水平。TVS虽然可以将雷击电压一次钳制到芯片可以承受的水平，但是不能承受大的雷击能量，因此必须两级防护。
问：RS232，RS422的防护与RS485有何区别？
答：防护原理完全相同。只是根据其工作电压的不同，精细保护器件TVS的电压参数应选择不同。如RS232最大工作电压为15V，则TVS选择为P6KE18CA（18V），RS422最大工作电压为12V，则TVS选择为P6KE15CA（15V）。

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